《運動控制系統(tǒng)》期末復習資料

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1、運動控制系統(tǒng)期末復習資料修訂第3版第1章緒論1. 什么是運動控制？電力傳動又稱電力拖動，是以電動機作為原動機驅動生產機械的系統(tǒng)的總稱。運動控制系統(tǒng)是將電能轉變?yōu)闄C械能的裝置，用以實現(xiàn)生產機械按人們期望的要求運行，以滿足生產工藝及其它應用的要求。2. 運動控制系統(tǒng)的組成：現(xiàn)代運動控制技術是以電動機為控制對象，以計算機和其它電子裝置為控制手段，以電力電子裝置為弱電控制強電的紐帶,以自動控制理論和信息處理理論為理論基礎，以計算機數(shù)字仿真或計算機輔助設計為研究和開發(fā)的工具。3. 運動控制系統(tǒng)的基本運動方程式：Jddtm=Te -Tl -Dm -Km16.運動控制系統(tǒng)期末復習資料修訂第3版d：mdtj

2、機械轉動慣量（kg m）-m 轉子的機械角速度（rad/s） 土 一轉子的機械轉角（rad）Te 電磁轉矩（N m）Tl 負載轉矩（N mD阻轉矩阻尼系數(shù)K扭轉彈性轉矩系數(shù)第2章轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)1. 晶閘管-電動機（V-M ）系統(tǒng)的組成:純滯后環(huán)節(jié)，一階慣性環(huán)節(jié)。2. V-M系統(tǒng)的主要問題：由于電流波形的脈動，可能出現(xiàn)電流連續(xù)和斷續(xù)兩種情況。3. 穩(wěn)態(tài)性能指標：調速范圍D和靜差率SoD =?（i-?）額定速降?，D =右?s=竺?4. 閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)特性；靜態(tài)特性、結構圖？5. 反饋控制規(guī)律和閉環(huán)調速系統(tǒng)的幾個實際問題，積分控制規(guī)律和比例積分控制規(guī)律。積分控制規(guī)律：匕=1 j切比

3、例積分控制規(guī)律：穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)響應快6. 有靜差、無靜差的主要區(qū)別：比例調節(jié)器的輸岀只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀；而積分調節(jié)器的輸岀則包含了輸入偏差量的全部歷史。比例積分放大器的結構：PI調節(jié)器7. 數(shù)字測速方法：M法測速、T法測速、M/T法測速。8. 電流截止負反饋的原理：采用某種方法，當電流大到一定程度時才接入電流負反饋以限制電流，而電流正常時僅有轉速負反 饋起作用控制轉速。電流截止負反饋的實現(xiàn)方法：引入比較電壓，構成電流截止負反饋環(huán)節(jié)9. 脈寬調制：利用電力電子開關的導通與關斷，將直流電壓變成連續(xù)可變的電壓，并通過控制脈沖寬度或周期達到變壓變頻的目的。10. 直流蓄電池供電的電流可反向的兩

4、象限直流斬波調速系統(tǒng)，已知：電源電壓 Us=300V斬波器占空比為 30%，電動機反電動勢E=100V在電機側看，回路的總電阻R=1Q。問蓄電池的電流Id是多少？是放電電流還是充電電流 ？答:因斬波電路輸岀電壓 u0的平均值：U0= pX Us=30%x 300=90 V -；芒Un =0,Un =5*第3章轉速、電流反饋控制的直流調試系統(tǒng)1. 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成： ASR（轉速調節(jié)器）、ACR（電流調節(jié)器）、TG （測速發(fā)電機）、TA （電流互感器）、UPE （電力電子變 換器）2. 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)靜特性：在正常運行時，為了實現(xiàn)電流的實時控制和快速跟隨，希望電流調節(jié)器不要進入飽和狀態(tài)。因此

5、，對于靜特性來說，只有轉速調節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。3. 起動過程分析：第I階段電流上升的階段、第 II階段恒流升速階段、第山階段轉速調節(jié)階段轉速調節(jié)器的作用：（1） 轉速調節(jié)器是調速系統(tǒng)的主導調節(jié)器，它使轉速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉速誤差，如果采 用PI調節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。（2）對負載變化起抗擾作用（3）輸出限幅值決定電機允許的最大電流電流調節(jié)器的作用:（1）作為內環(huán)的調節(jié)器，在外環(huán)轉速的調節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨外環(huán)調節(jié)器的輸岀量變化。（2）對電網電壓波動起及時抗擾作用。（3）在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當電機過載甚

6、至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。4. 控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標：跟隨性能指標和抗擾性能指標5. ASR和ACR均采用PI調節(jié)器的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，Uim*=10V ,主電路最大電流ldm=100A，當負載電流由20A增加到30A時,試問： Ui*應如何變化？ Uct應如何變化？ Uct值由哪些條件決定？ 答：Ui*從2V增加到3Vo Uct略有增加。 Uct由轉速n和負載電流ldl（穩(wěn)態(tài)時即Id）決定。6. 在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，岀現(xiàn)電網電壓波動與負載擾動時，哪個調節(jié)器起主要調節(jié)作用？答：電網電壓波動時，ACR起主要調節(jié)作用；負載擾動時，ASR起主要抗擾調節(jié)作用。7.

7、 轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉速調節(jié)器、電流調節(jié)器的作用？答：轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的作用：轉速調節(jié)器ASR的作用。1）轉速n跟隨轉速給定電壓 Un*變化？穩(wěn)態(tài)無靜差。2）突加負載時轉速調節(jié)器 ASR和電流調節(jié)器ACR均參與調節(jié)作用，但轉速調節(jié)器ASR處于主導作用，對負載變化起抗擾作用。3）其輸岀電壓限幅值決定允許最大電流值。（2）電流調節(jié)器ACR的作用1）起動過程中保證獲得允許最大電流。2）在轉速調節(jié)過程中，使電流跟隨其電流給定電壓Un *變化。3）電源電壓波動時及時抗擾作用，使電動機轉速幾乎不受電源電壓波動的影響。4）當電動機過載、堵轉時，限制電樞電流的最大值，從而起到安全保護作用。8. 直流

8、調速系統(tǒng)有哪些主要性能指標？答：直流調速系統(tǒng)主要性能指標包括靜態(tài)性能指標和動態(tài)性能指標兩個部分。靜態(tài)主要性能指標有闊速范圍D、靜差率sA nN。動態(tài)性能指標分成給定控制信號和擾動信號作用下兩類性能指標。給定控制信號作用下的動態(tài)性能指標有上升時間tr，調節(jié)時間ts （亦稱過濾過程時間）和超調量b%。擾動信號作用下的動態(tài)性能指標有最大動態(tài)速降厶 Nmax、恢復時間tv。第4章 可逆控制和弱磁控制的直流調速系統(tǒng)1. 直流PWM可逆系統(tǒng)的原理：改變 PWM變換器輸出電壓的正、負極性，使得直流電動機可以四象限運行。轉速反向的過渡過程:電動機的平均電樞電流Id先從正向IdL降低為零日宀b然后從零上升到允許

9、的制動電流-Idm，其大小受到電流環(huán)控制bTc接下來電動機工作在回饋制動狀態(tài)，轉速將減小到0，ctd從d點開始，直流電動機進入了反向起動狀態(tài)dTe圖中e點意味著轉速要超調，轉速環(huán)退保和，最終穩(wěn)定工作在f點，電樞電流與負載電流相等eTf直流PWM功率變換器的能量回饋：PWM變換器的直流電源通常由交流電網經不可控的二極管整流器產生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓，電容C同時對感性負載的無功功率起儲能緩沖作用。2. V-M可逆直流調速系統(tǒng)的主回路結構：單組V-M系統(tǒng)的可逆運行（帶位能性負載）、兩組晶閘管反并聯(lián)可逆 V-M系統(tǒng)防止環(huán)流的措施：采用封鎖觸發(fā)脈沖的方法，在任何時候，只允許一組晶閘

10、管裝置工作；采用配合控制的策略，使一組晶閘 管裝置工作在整流狀態(tài)，另一組則工作在逆變狀態(tài)。為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器。3.4.5.第5章1.2.3.4.5.6.7.8.9.第6章1.什么叫環(huán)流？有環(huán)流可逆系統(tǒng)和無環(huán)流可逆系統(tǒng)相比較，有何優(yōu)缺點？并說明有環(huán)流可逆系統(tǒng)的適用場合。答：只限于兩組晶閘管之間流通的短路電流稱為環(huán)流。環(huán)流具有二重性，缺點是：環(huán)流會顯著地加重晶閘管和變壓器的負擔，增加無功損耗，環(huán)流過大會損壞晶閘管，影響系統(tǒng)安全工作。環(huán)流有可供利用之處，在電動機空載或輕栽時，環(huán)流可以保證晶閘管裝置工作在電流連續(xù)區(qū)， 避免了電流斷續(xù)引 起的非線性狀況對系統(tǒng)動、靜態(tài)性能的影響

11、。環(huán)流還具有保證可逆系統(tǒng)的電流實現(xiàn)無間斷反向， 加快反向時的過渡過程之優(yōu) 點。適用于中小容量系統(tǒng)，有較高快速性能要求的系統(tǒng)。論述邏輯無環(huán)流可逆晶閘管一直流電動機調速系統(tǒng)的由正向電動到反向電動的過程，如何實現(xiàn)電樞電流的反向？答：從正向電動到反向電動分別為四個階段：本組逆變階段，電流方向不變，電流減小它組整流階段，反向電流建立，電流方向改變并迅速增大它組逆變階段，電流方向與 2相同反向啟動階段，它組整流，電流方向與 3相同，包含反向轉速上升、轉速調節(jié)等階段?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調速系統(tǒng)異步電動機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型:異步電動機的機械特性:ml3np-i2 Rrrs2 3n pU s RrS2 2+

12、Rr ) +S (Lls +Llr )交-直-交變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流。交-交變頻器只有一個變換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻（CVCF的交流電源直接變換成 VVVF輸出，因此又稱直接變頻器。PWM控制技術：控制逆變器中電力電子器件的開通和關斷，輸岀電壓幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣 的高頻脈沖序列代替期望的輸岀電壓。PWM技術：電壓正弦波SPWM消除指定次數(shù)諧波SHEPWM電流正弦波CFPWM圓形旋轉磁場SVPWM正弦波脈寬調制（SPWM）技術以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（Carrie

13、r wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調制波（Modulation wave ），當調制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時刻，從而 獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調制方法稱做正弦波脈寬調制（SPWM） o轉速開環(huán)變壓變頻調速系統(tǒng)的結構：由于系統(tǒng)本身沒有自動限制起制動電流的作用，因此頻率設定必須通過給定積分算法產生平緩的升速或降速信號。轉差頻率控制規(guī)律：在較小的穩(wěn)態(tài)運行段上，轉矩Te基本上與-s成正比，當Te達到其最大值Tem時，達到臨界值:.-.smo通用變頻器一般分為哪幾類 ？ 在選用通用變頻器時主要按哪些方面進行考慮？答：通用變頻器通常分為簡

14、易型、多功能型、高性能型等三類。在選擇變頻器時，一般根據(jù)用途和需要進行選擇，主要從變 頻器的類型、性能和功能、容量的大小及輸岀電流大小等幾方面來進行考慮?；趧討B(tài)模型的異步電動機調速系統(tǒng)交流電機不同模型等效的原則是什么？試以電流為例寫岀三相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系的過程 答：不同電動機模型彼此等效的原則是：在不同坐標下所產生的磁動勢完全一致。變換過程如下:1）三相-兩相變換（3/2變換），三相靜止繞組 A、B、C和兩相靜止繞組a、B之間的變換;1_232idcosiqsin 甲sini：.cos i 12）兩相-兩相旋轉變換（2s/2r變換），兩相靜止繞組a、B到兩相旋轉繞組d、q之間的變換2.按轉子磁鏈定向矢量控制的基本思想是什么？通過坐標變換，在按轉子磁鏈定向同步旋轉正交坐標系中，得到等效的直流電動機模型，仿照直流電動機的控制方法控制電磁轉矩與磁鏈，然后將轉子磁鏈定向坐標系中的控制量反變換得到三相坐標系的對應量，以實施控制。由于變換的是矢量，所以可稱做矢量變換，相應的控制系統(tǒng)稱為矢量控制（Vector Control, VC）系統(tǒng)或按轉子磁鏈定向控制（Flux Orientation Control,FOC系統(tǒng)